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15 Noções de probabilidades – probabilidade condicional Meta da aula Apresentar os conceitos básicos que envolvem o cálculo das probabilidades condicionadas. Objetivos Esperamos que, após o estudo do conteúdo desta aula, você seja capaz de: conceituar probabilidade condicionada; realizar cálculos que envolvam probabilidades condicionadas; diferenciar probabilidade condicionada de regra do produto. Pré-requisitos Para que você encontre maior facilidade na compreensão desta aula, são necessários os conceitos básicos de probabilidades das Aulas 13 e 14. 2 1 3 176 Aula 15 • Noções de probabilidades – probabilidade condicional Introdução Ocorrem em muitas situações práticas de você ter uma informação extra sobre a ocorrência de determinado evento e de essa infor- mação ser útil para o cálculo da probabilidade do evento do seu interesse – por exemplo, no lançamento de um dado, o evento cuja probabilidade é ocorrer o número três. Você viu, na Aula 14, que o valor dessa probabilidade é de 1/6, porém, se você for informado que nesse lançamento ocorreu um número menor do que quatro, essa informação poderá entrar no cálculo da probabilidade de ocorrer o número 3. A forma como isso pode ser feito é o assunto desta aula. Definição: probabilidade condicional Muitas vezes, o fato de ficarmos sabendo que certo evento ocorreu faz com que se modifique a probabilidade que atribuímos a outro evento. Denotaremos por P(E2/E1) a probabilidade do evento E2 sabendo-se que E1 ocorreu ou, simplesmente, probabilidade de E2 condicionada a E1. Com base na definição intuitiva de probabilidade, pode-se calcular a probabilidade condicional do evento E2 ocorrer, dado que o evento E1 já ocorreu (ou de que já se tenha conhecimento de E1), pela fórmula: P(E2 ∩ E1) P(E2 / E1) = P(E1) ou n(E2 ∩ E1) P( E2 / E1) = n(E1) Obs.: Com P(E1) ≠ 0. Estatística 177 Regra do produto para eventos condicionados A regra do produto para eventos condicionados é útil, pois permite que você calcule a probabilidade de ocorrência da interseção de dois eventos, quando se tem conhecimento da probabilidade condicional. Assim, se dois eventos são condicionados, pode-se obter das expressões de probabilidades condicionadas: P(E1 ∩ E2) = P(E1) . P(E2/E1) Exemplo: Uma pesquisa de perfil demográfico feita junto a vinte turistas adultos, cadastrados em uma agência de viagens, revelou a base de dados na tabela a seguir: Tabela 15.1: Perfil de turistas Turista Sexo Idade Nível escolar Número de filhos Classe social 1 M 35 2 2 B 2 M 25 2 1 B 3 F 40 3 1 C 4 M 25 2 3 B 5 M 32 2 2 C 6 F 22 2 0 C 7 M 37 3 2 B 8 M 28 2 0 B 9 F 25 2 1 B 10 F 39 3 2 C 11 M 35 1 1 B 12 F 21 1 0 A 13 F 27 0 0 A 14 F 45 2 2 C 15 M 57 4 4 C 16 F 33 2 2 A 17 M 36 1 0 B 18 M 35 2 2 C 19 M 33 2 2 B 20 F 22 3 0 C 178 Aula 15 • Noções de probabilidades – probabilidade condicional Os códigos usados para montar a base de dados foram: Variável sexo: M-masculino e F-feminino; Variável idade: idade em anos (em dois dígitos); Variável nível escolar: 0 - ausência de nível escolar; 1 - Ensino Fun- damental; 2 - Ensino Médio; 3 - Ensino Superior; 4 - Pós-graduação; Variável nº filhos: número de filhos do morador; Variável classe social: A - alta; B - média; C - baixa. Qual a probabilidade de que, ao selecionar aleatoriamente um turista dessa base de dados, os eventos a seguir ocorram? a) Dado que é mulher, ter menos de 2 filhos. b) Dado que é homem, ser da classe social C. c) Dado que é da classe social B, não ter mais que 3 filhos. d) Que seja um homem, sabendo-se que tem nível de esco- laridade médio e classe social baixa. e) Que seja um turista de Ensino Médio, com 2 ou menos filhos, sabendo-se que tem 30 anos ou mais. Solução: Antes de partir para a resposta, lembre-se de que é necessário sempre fazer a representação do espaço amostral (S). Neste caso, não precisaremos, pois a Tabela 15.1 já é essa representação. a) A probabilidade de ter menos de 2 filhos, dado que é mulher, é calculada pela condicional a seguir: P(<2filhos|F) = 6/9. Primeiro verifique a quantidade de mulheres (note que essa é a condição da probabilidade). O resultado será 9 mulheres. Atendida a condição, contam-se as mulheres que têm menos de 2 filhos (isso quer dizer que as mulheres com 2 ou mais filhos estão excluídas). O resultado dessa contagem será 6, de onde chegamos ao resultado P(<2filhos|F) = 6/9. Pronto. Utilizando-se dessa lógica, você já adquiriu os sub- sídios necessários para entender e fazer os outros exemplos e atividades. Estatística 179 b) A probabilidade de ser da classe social C, dado que é homem, é calculada pela condicional a seguir: P(C|H) = 3/11 c) A probabilidade de não ter mais que 3 filhos, dado que é da classe social B, é calculada pela condicional a seguir: P(<3filhos|B) = 9/9 d) A probabilidade de que seja um homem, sabendo-se que tem nível de escolaridade médio e classe social baixa, é calculada pela condicional a seguir: P(H| 2 ∩ C) = 2/4 e) A probabilidade de que seja um turista com Ensino Médio, com 2 ou menos filhos, e sabendo-se que tem 30 anos ou mais, é calculada pela condicional a seguir: P(2 ∩ ≤ 2| ≥ 30 anos) = 6/11 Atividade Atende aos Objetivos 1, 2 e 3 1. Em uma cidade existem 15.000 usuários de telefonia, dos quais 10.000 possuem telefones fixos, 8.000 deles, telefones móveis e 3.000, telefones fixos e móveis. Seja a experiência aleatória de uma operadora de telefone móvel, selecionar uma pessoa da ci- dade para oferecer uma promoção do tipo “Fale grátis de seu móvel para seu fixo”, pergunta-se: a. Já sabendo que ela tem telefone móvel, qual a probabilidade de ela ter telefone fixo também? b. Já sabendo que ela tem telefone fixo, qual a probabilidade de ela ter telefone móvel também? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 180 Aula 15 • Noções de probabilidades – probabilidade condicional Respostas Comentadas O espaço amostral S desse problema é dado por: F 7000 M 5000 MF 3000 Nomeando os eventos de interesse, temos: F = pessoa com telefone fixo. M = pessoa com telefone móvel. MF = pessoa com telefone fixo e móvel. Assim, você pode calcular as probabilidades condicionais solicitadas por meio de: a. n(MF) 3.000 P(F|M) = = = 3/8 = 0,375. n(M) 8.000 b. n(MF) 3.000 P(M|F) = = = 3/10 = 0,3. n(M) 10.000 Atividade Atende aos Objetivos 1 e 2 2. Em uma escola com 100 alunos, 40 estudam só Biologia, 30 estudam só Alemão, e 20 estudam Biologia e Alemão. Qual é a probabilidade de um aluno que já estuda Biologia estudar tam- bém Alemão? Estatística 181 Resposta Comentada Espaço Amostral S E1 = aluno estudar Biologia. E2 = aluno estudar Alemão. P(E2 ∩ E1) 20/100 P(E2|E1) = = = 20/60 = 33%. P(E1) 60/100 Você pode concluir, com o que foi estudado nesta aula, que quando a ocorrência de um evento está condicionada à ocorrência de outro evento, essa informação agregará confiabilidade ao ser incluída no cálculo da probabilidade da ocorrência do evento de interesse. Atividade Atende aos Objetivos 1, 2 e 3 3. Suponha que a seguinte tabela represente uma possível divisão dos alunos matriculados em um dado instituto de Matemática, clientes de uma viagem de excursão para um passeio turístico: Curso Sexo Total M F Matemática Pura 70 40 110 Matemática Aplicada 15 15 30 Estatística10 20 30 Computação 20 10 30 Total 115 85 200 M = masculino; F = feminino. 40 B 30 A 2010 182 Aula 15 • Noções de probabilidades – probabilidade condicional Seleciona-se aleatoriamente um aluno presente na excursão. Foi constatado que ele é do curso de Estatística. Qual a probabili- dade de ele ser homem? Resposta Comentada Sejam os eventos: E1 = aluno do curso de Estatística; E2 = aluno do sexo masculino. Assim, a probabilidade condicional de ocorrer E2, dado que E1 ocor- reu, é dada por: P(E2 ∩ E1) 10/200 P(E2|E1) = = = 10/30 = 33%. P(E1) 30/200 Atividade Atende aos Objetivos 1, 2 e 3 4. Considere o lançamento de um dado e a observação da face superior. Considere os seguintes eventos: E1 = {2,3,4,5} e E2 = {1,3,4}; E1 = {1,3,5,6} e E2 = {1,3,6}; E1 = {2,3,5,6} e E2 = {1,2}; Em cada caso, obtenha a probabilidade condicional P(E2|E1) e in- dique se os eventos E1 e E2 são independentes ou condicionados. Estatística 183 Respostas Comentadas a) Considerando os eventos E1 = {2,3,4,5} e E2 = {1,3,4}, temos que a sua interseção será dada por: E2 ∩ E1 = {3,4}. Com isso, você pode calcular as probabilidades: P(E2 ∩ E1) = 2/6 e P(E1) = 4/6. Assim, a probabilidade condicional de E2 , dado que E1 ocorreu, será dada por: P(E2 ∩ E1) 2/6 P(E2|E1) = = = 1/2 = 50%. P(E1) 4/6 P(E2) = 3/6 = 50% (probabilidade incondicional). Desse modo, conclui-se que a informação adicional de que E1 já ocorreu não altera a ocorrência de E2 ; portanto, são independentes. b) Sejam os seguintes eventos de interesse: E1 = {1,3,5,6} e E2 = {1,3,6}. A interseção desses eventos é dada por: E2 ∩ E1 = {1,3,6}. Você, dessa maneira, pode calcular as probabilidades: P(E2 ∩ E1) = 3/6 e P(E1) = 4/6. Assim, a probabilidade condicional de E2 , dado que E1 ocorreu, será dada por: P(E2 ∩ E1) 3/6 P(E2|E1) = = = 3/4 = 75%. P(E1) 4/6 P(E2) = 3/6 = 50% (probabilidade incondicional). Esse resultado permite você concluir que a informação adicional de que E1 já ocorreu altera a ocorrência de E2. A chance de ocorrer E2 fica mais certa; portanto, são condicionados. c) Sejam os eventos de interesse: E1 = {2,3,5,6} e E2 = {1,2}. A interseção desses eventos é dada por: E2 ∩ E1 = {2}. Você pode, então, calcular as probabilidades: P(E2 ∩ E1) = 1/6 e P(E1) = 4/6. Assim, a probabilidade condicional de E2 , dado que E1 ocorreu, será dada por: 184 Aula 15 • Noções de probabilidades – probabilidade condicional P(E2 ∩ E1) 1/6 P( E2|E1) = = = 1/4 = 25%. P(E1) 4/6 P(E2) = 2/6 = 33% (probabilidade incondicional). Conclui-se que a informação adicional de que E1 já ocorreu altera a ocorrência de E2. A chance de ocorrer E2 fica menos certa; portanto, são condicionados. A essa altura deve estar claro que as noções de indepen- dência e probabilidade condicionada estão intimamente ligadas. O efeito da independência de E1 e E2 é tornar as probabilidades incondicionais iguais às respectivas probabilidades condicionais. Atividade Final Atende ao Objetivo 3 Numa grande agência de turismo, existem 4 turismólogos e 5 administradores de empresas. Seja a experiência aleatória de se- lecionar quatro desses profissionais, sem reposição, para formar uma comissão de elaboração de um novo plano turístico para uma cidade em alta temporada. Qual a probabilidade do seguinte evento: {turismólogo ∩ administrador ∩ turismólogo ∩ administrador}? Resposta Comentada Vamos chamar: TUR – o evento selecionar um turismólogo; ADM – o evento selecionar um administrador. Estatística 185 Logo, a probabilidade pedida é: P(TUR ∩ ADM ∩TUR ∩ ADM) = ? Como esses eventos são independentes, você irá calcular essa pro- babilidade utilizando a regra do produto, o que resultará em: P(TUR ∩ TUR ∩ TUR ∩ TUR) = 4 5 3 4 x x x = 240/3.024 = 0,08. 9 8 7 6 Resumo Probabilidade condicionada consiste em calcular a probabilidade de um evento ocorrer sabendo que um outro evento já ocorreu. No cálculo da probabilidade de um evento ocorrer, é incluída a informação adicional de que um outro evento já ocorreu. Proba- bilidade condicionada não é teorema. Seu cálculo se baseia na definição clássica de probabilidades. O número total de casos possíveis da probabilidade condicionada fica restrito ao evento que já ocorreu, e o número de casos favoráveis é o número de casos da interseção dos dois eventos envolvidos na probabili- dade condicionada. Informação sobre a próxima aula A próxima aula é um dos temas mais importantes da teoria das probabilidades, e generaliza a regra do produto para even- tos condicionados, permitindo que se “invertam” probabilidades dada uma partição do espaço amostral.